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電子束納米曝光系統(tǒng)DY-2000A——電子束光刻系統(tǒng)電子束納米曝光系統(tǒng)DY-2000系統(tǒng)概述：電子束納米曝光系統(tǒng)是微細加工的專用設(shè)備，集光、機、電、真空、控制等多種高技術(shù)于一體
系統(tǒng)組成：電子光學系統(tǒng)（掃描電子顯微鏡）、圖形發(fā)生器、精密工件臺、控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、精密電源。
主要應(yīng)用：
1：半導(dǎo)體器件研究：微波晶體管，單電子晶體管，量子點，超導(dǎo)環(huán)等
2：光電子器件研究：特種光柵，菲涅爾波帶板，晶體檢波器，光波導(dǎo)，光集成器件
3：微機械研究：微納機電系統(tǒng)，微通道，微傳感器，3D微結(jié)構(gòu)
4：消費電子研究：全息光學元件，新一代DVD光，光學傳感器，磁頭，聲表面波器件
5：其他研究：非生產(chǎn)掩膜板制作，圖形位置標定和CD測量
納米圖形發(fā)生器DY-2000是電子束納米曝光系統(tǒng)DY-2000的核心部件，由電工研究所自主研發(fā)、生產(chǎn)。吸納了近年來數(shù)字信號處理的成果,利用高性能數(shù)字信 號處理器(DSP)將要曝光的單元圖形拆分成線條和點,然后通過優(yōu)化設(shè)計的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路,將數(shù)字量轉(zhuǎn)化成高精度的模擬量,驅(qū)動掃描電鏡的偏轉(zhuǎn)器,實現(xiàn)電子束的掃描。
為此目的特構(gòu)建了x方向和y方向兩組數(shù)模轉(zhuǎn)換電路,每組包括1個16位主數(shù)模和3個16位乘法數(shù)模。通過圖形發(fā)生器可以對標準樣片進行圖像采集,進行掃描場的線性畸變校正,包括掃描場增益、旋轉(zhuǎn)和位移校正。另外,圖形發(fā)生器還可以控制束閘的通斷。配合精密定位工件臺和激光干涉儀,可以實現(xiàn)曝光場的拼接。通過檢測芯片的標記,還可以實現(xiàn)曝光圖形的套刻，利用配套軟件既可以新建曝光圖形,也可以導(dǎo)入通用格式文件,例如CIF和GDSII文件,進行曝光參數(shù)設(shè)置、圖形修正、圖形分割、鄰近效應(yīng)修正等工作，然后將曝光圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形發(fā)生器可以識別的EDF文件,完成曝光圖形的準備工作。
圖形發(fā)生器可直接處理的單元圖形包括:矩形、梯形、折線、點、圓及圓環(huán)。圖形發(fā)生器可利用掃描電鏡/聚焦離子束/掃描透射電鏡的外接掃描口、束流測量裝置和二次電子檢測輸出等而使其升級獲得微納米圖形制作的功能并且不損失電鏡原來的任何功能。結(jié)合掃描電鏡/聚焦離子束/掃描透射電鏡上的其他功能如電子束閘開關(guān)、馬達驅(qū)動樣品臺和電子光學數(shù)字控制接口則可以為圖形制作增加圖形的精確性和操作的方便性。
DY-2000A納米圖形發(fā)生器硬件
硬件系統(tǒng)構(gòu)成
1、高速DSP微控制單元
DY-2000A采用66MHZ主頻的16位DSP，指令執(zhí)行速度75MIPS，其優(yōu)異的信號處理能力保證了曝光過程的速度和結(jié)果的精度。工作溫度-40 ℃---85 ℃, 使其在遠高于實驗室環(huán)境溫度下能正常工作。供電電壓僅需2.25v—3.6v. 低功耗，高穩(wěn)定性。
2、圖像采集模塊
圖像采集部分我們選用新一代高性能，12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，僅需單電源供電。具有真12位線性度，溫度漂移小。具有獨立完整的ADC，內(nèi)置高性能，低噪聲的采樣放大器，在額 定數(shù)據(jù)處理中提供真12位精度，不存在失真現(xiàn)象。
3、電源模塊
電源部分包括模擬和數(shù)字兩部分
模擬部分：模擬電路和所有放大器電路主要采用線性電源，利用其輸出純凈性高，防電磁干擾能力強，紋波小，調(diào)整率好。缺點就是體積大，發(fā)熱量偏高 。
數(shù)字部分：采用線性電源和開關(guān)電源配合使用，需要效率高的采用開關(guān)電源，需要精度高的采用線性電源。
4、恒溫模塊
? 我們在X，Y在高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換，DSP信號處理和刻寫場修正電路等部分做了恒溫處理。
? 線性電源部分我們充分采用控溫和散熱處理。
? DY-2000A抗干擾箱我們做了溫控處理。
5、顯示控制單元
基于EBL曝光全過程是在電鏡腔體中進行，我們無法直觀的觀其過程。 因此，我們在機箱上采用5.6寸LED液晶顯示屏，特點是可以直觀的，實時的跟蹤曝光過程，同時還可以根據(jù)圖形的顯示來判斷和提高曝光參數(shù)的設(shè)置。
6、信號輸入、輸出I/O模塊
? X,Y方向偏轉(zhuǎn)的數(shù)模信號：采用進口BNC插頭配防干擾屏蔽線。
? 電鏡圖像信號的采樣 ： 采用進口BNC插頭配防干擾屏蔽線來接入
? 束閘控制和SEM遠程控制：采用進口BNC插頭配防干擾屏蔽線來輸出
? 與PC軟件的通信：采用320M并口傳輸，傳輸速度快，信號糾錯能力強還能同時進行多任務(wù)操作。
7、束閘輸出模塊
束閘輸出信號為0v和5v TTL電平，帶負載能力強，用于驅(qū)動高速通斷的束閘控制器。
8、防電磁干擾模塊
? 獨立完整的X方向數(shù)模轉(zhuǎn)換和控制部分和獨立完整的Y方向數(shù)模轉(zhuǎn)換和控制部分，同時為其分別安排了屏蔽的小黑盒。
? 線性電源和開關(guān)電源，均做了獨立的防干擾和屏蔽的處理。
硬件技術(shù)參數(shù)
| 生產(chǎn)商 | 電工研究所 |
| 掃描頻率 | 優(yōu)于10MHZ |
| 數(shù)據(jù)傳輸速度 | 320MB/S |
| 信號處理器 | 采用DSP高性能信號處理器，信號處理能力優(yōu)于30M, 支撐高效，高分辨的曝光結(jié)果 |
| 圖像采集模塊 | 12 位高性能，小溫漂的ADC圖形采集系統(tǒng)，信噪比優(yōu)于69dB |
| 電源 | 線性電源和開關(guān)電源配合使用，輸出紋波小，抗電磁干擾能力強 |
| 恒溫模塊 | 支撐系統(tǒng)優(yōu)異的穩(wěn)定性 |
| 顯示屏 | 5.6寸液晶顯示屏，可實時跟蹤顯示、直觀的顯示曝光進程 |
| 防電磁干擾 | 獨立的X,Y模塊，將干擾降到最小，同時進行隔離，屏蔽等處理 |
| 機箱 | 采用獨立恒溫電控抗干擾機箱，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和電信號穩(wěn)定性 |
| 操作界面 | 中文、英文 |
| 曝光跟蹤控制系統(tǒng) | 用于X和Y方向電子束偏轉(zhuǎn)的兩套16位高速數(shù)模轉(zhuǎn)換和控制系統(tǒng) |
| 輸入接口 | 帶有匹配的束閘輸入接口 |
DY-2000A納米圖形發(fā)生器軟件
軟件技術(shù)參數(shù)
? 基于Windows中文操作系統(tǒng)的EBL應(yīng)用軟件，具有強大的圖形編輯，界面簡潔，容易操作，兼具讀寫及轉(zhuǎn)換及圖形導(dǎo)入等功能。
? 具有遠程控制SEM/FIB/STEM的功能。
? 具有圖像縮放和重疊功能，同時可實現(xiàn)快速圖像采集，同步等等。
? 可實現(xiàn)位移，旋轉(zhuǎn)，增益矯正刻寫場，提升曝光結(jié)果的分辨率。
? 具有標記檢測和位置修正，用于拼接和套刻對準。
? 具有曝光、工件臺移動和束閘通斷等功能控制。
? 可實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式為DXF、CIF、ASCII等圖形的讀入和轉(zhuǎn)換。
? 具有點控、線控、區(qū)域及非特征圖形的控制。電子束納米曝光系統(tǒng)電子束加工工藝流程:
1). 清洗硅片
2). 熱氧化生長一層二氧化硅，進行襯底隔離，厚度約1um；
3). 薄膜制備，GST（Ge-Sb-Te）與W采用磁控濺射法制備，SiN用CVD的方法制備，厚度為100nm
4). 涂膠:PMMA(950k)，濃度2％5). 曝光后顯影：使用高對比度顯影液(MIBK：IPA= 1:3)
襯底類型
涂膠轉(zhuǎn)速(rpm)
旋涂時間(sec)
前烘方式
前烘溫度(℃)
前烘時間(min)
抗蝕劑厚度(nm)
GST、W、SiN
4000
30
熱板
180
10
120～150
電子束納米曝光系統(tǒng)DY-2000A實驗事例
一、FIB刻蝕的圖形
二、電子束曝光的圖形
場發(fā)射掃描電鏡-ZEISS Sigma 300、500 技術(shù)參數(shù)
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